專利名稱：對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米加工技術(shù)，尤其涉及一種在薄膜金屬材料上通過電子束曝
光生成極限納米圖形時針對臨近效應(yīng)的改善方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體、納米器件技術(shù)的發(fā)展很大程度上依賴于微納米加工技術(shù)的不斷進(jìn)步。 隨著電子束曝光技術(shù)的普遍采用及不斷發(fā)展，目前對半導(dǎo)體材料或薄膜金屬材料的圖形 加工能力已經(jīng)達(dá)到納米量級。電子束曝光無需用到掩膜，可以通過軟件設(shè)計任意形狀 的加工圖形，使用靈活方便；并且具有極精細(xì)的加工能力，目前已經(jīng)通過該技術(shù)得到了 10nm的線條。 但對于部分金屬材料，特別是Au、 Pt等重金屬材料，由于其本身電子背散射系 數(shù)過大，直接對其進(jìn)行電子束曝光會產(chǎn)生很大的臨近效應(yīng)，大大影響了電子束曝光的圖 形加工能力，很難得到精細(xì)的納米級圖形。即使對于百納米級的薄膜金屬材料，雖然其 本身的電子背散射已經(jīng)大為減小，但是其必須生長在Si、 &02等襯底材料上，該襯底材 料又會引入較大的臨近效應(yīng)，這樣整體的臨近效應(yīng)仍然偏大，影響電子束曝光的效果， 如圖17所示的采用蒙特卡洛模擬50KV電子入射Si02襯底上lOOnmAu薄膜的散射示意 圖。從圖中所示可以清楚地看到，該通過電子束曝光在金屬薄膜上生成極限納米圖形的 過程中，其背散射非常嚴(yán)重，勢必造成嚴(yán)重的臨近效應(yīng)，這就制約了薄膜金屬材料在極 限納米尺度下的圖形生成及深入應(yīng)用。為此，尋求一種電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方 法，并將其引入到薄膜金屬微觀圖形生成的技術(shù)中來，是當(dāng)前該行業(yè)技術(shù)人員致力于探 索及研究的一個重要課題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有電子束曝光技術(shù)的缺失，本發(fā)明的目的旨在提供一種對薄膜金屬 材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，以克服對薄膜金屬，尤其是對Au、 Pt等重金屬 薄膜材料采用電子束曝光技術(shù)加工極限納米級所需圖形時，受臨近效應(yīng)影響，難于制備
部分極限尺度特殊圖形的缺陷，突破電子束曝光技術(shù)在薄膜金屬材料極限納米圖形生成 上的技術(shù)壁壘。 本發(fā)明目的得以實現(xiàn)的技術(shù)方案是 對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中金屬薄膜材料生長在 (絕緣體上的硅)襯底上，該襯底為層疊狀，包括正面的頂層Si、中間的埋層&02和背面 的底層Si(本學(xué)界內(nèi)該襯底均以SOI指代，故為表述的簡潔性，以下部分均以SOI指代該 襯底)。由于電子背散射系數(shù)隨著材料厚度減小而減小，臨近效應(yīng)也相應(yīng)地降到極低的 程度，該針對電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法的主要特征在于利用SOI襯底中的埋層 &02作為刻蝕的自停止層，刻蝕得到自支撐的薄膜金屬材料，再對該薄膜金屬材料進(jìn)行
電子束直寫曝光，便得到所需的極限納米級圖形。其方法步驟概括如下
I、對所述底層Si進(jìn)行厚度削減及拋光； II、在所述頂層Si上生長薄膜金屬； III、在所述薄膜金屬及底層Si表面覆蓋刻蝕阻擋層； IV、對所述底層Si光刻或結(jié)合刻蝕，形成刻蝕窗口； V、對所述底層Si刻蝕至埋層Si02，形成基于埋層Si02的背面深孔與正面薄膜 結(jié)構(gòu)； VI、去除所述薄膜金屬及底層Si的刻蝕阻擋層； VII、在所述薄膜金屬涂覆電子束抗蝕劑；并對其進(jìn)行電子束直寫曝光、顯影、 定影，得到所需的極限納米級圖形。 更進(jìn)一步地，前述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中該 SOI的頂層Si與埋層Si02的總厚度小于2微米。 進(jìn)一步地，前述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中步驟
II之前，還包括一將頂層Si刻蝕至埋層Si02，去除頂層Si的可選步驟。 進(jìn)一步地，前述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中步驟I
中該底層Si的厚度削減及拋光是利用化學(xué)機(jī)械研磨、純物理打磨或其它相關(guān)手段之一的
方式進(jìn)行加工的。并且其削減的厚度由步驟II和步驟IV中的刻蝕阻擋層的取材種類及刻
蝕方式?jīng)Q定。 進(jìn)一步地，前述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中步驟 III中該覆蓋刻蝕阻擋層是指利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相外延生長或熱氧化Si02層，或直接 涂覆光刻膠。 進(jìn)一步地，前述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中步驟 IV中該底層Si形成刻蝕窗口的大小與在薄膜金屬上加工的圖形面積相對應(yīng)，其形成方式 為通過光刻直接去除窗口區(qū)域內(nèi)光刻膠類型的刻蝕阻擋層，或結(jié)合干法刻蝕、濕法刻蝕 去除窗口區(qū)域內(nèi)&02類型的刻蝕阻擋層。 進(jìn)一步地，前述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中步驟 V中采用深硅ICP刻蝕或濕法腐蝕的方式，并利用埋層&02的刻蝕自停止性，形成基于 埋層Si02的背面深孔與正面薄膜結(jié)構(gòu)。 進(jìn)一步地，前述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中步驟 VII中采用的電子束抗蝕劑包括PMMA、 HSQ、 ZEP520或其他類似材料的其中之一 ；且 該電子束直寫曝光的加速電壓高于30KV。 本發(fā)明所闡述對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其應(yīng)用實施 的有益效果體現(xiàn)在 采用對SOI面向所需圖形生成區(qū)域的背面進(jìn)行深度刻蝕的預(yù)制備工藝，極大地 降低了電子臨近效應(yīng)的不利影響，使得對薄膜金屬材料進(jìn)行電子束曝光生成極限納米圖 形所受臨近效應(yīng)影響降至最低，進(jìn)而為在薄膜金屬材料上通過電子束曝光生成極限納米 級圖形提供了一種實施簡便、圖形精度高且成本低廉的改善性保障。 以下結(jié)合實施例及其流程附圖、實驗數(shù)據(jù)圖表，對本發(fā)明對薄膜金屬材料上電 子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法作進(jìn)一步非限制性的詳細(xì)說明。


圖1 圖8是本發(fā)明一實施例各步驟的工藝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖9 圖16是本發(fā)明另一實施例各步驟的工藝結(jié)構(gòu)示意圖； 圖17是采用蒙特卡洛模擬50KV電子入射Si02襯底上lOOnmAu薄膜的散射示
意圖； 圖18是采用蒙特卡洛模擬50KV電子入射1微米Si02薄膜上lOOnmAu薄膜的
散射示意圖； 圖19是本發(fā)明電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法流程圖。
具體實施方式
實施例一 如圖1至圖8并結(jié)合圖19所示，是本發(fā)明改善方法在SOI襯底上薄膜金屬材料加工納米圖形的電子束曝光各步驟工藝結(jié)構(gòu)示意圖和制程流程圖。由這些附圖可見該電子束曝光技術(shù)所應(yīng)用的襯底結(jié)構(gòu)為絕緣體上的硅(SOI)，其截面為層疊狀結(jié)構(gòu)，包括正
面的頂層Si、中間的埋層SiC^和背面的底層Si，其中頂層Si與埋層SiC^的總厚度小于2微米。而通過CMP方式，削減、拋光后的SOI襯底背面底層Si的厚度取值可介于100 150微米之間(如圖l所示)，其厚度的實際取值取決于該電子束曝光方法所采用的刻蝕阻擋層與刻蝕方式。 完成背面削減、拋光處理后的SOI襯底，在其頂層Si上生長需要生成納米圖形的Au薄膜金屬(如圖2所示)，再通過常規(guī)的熱氧化或者等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相外延生長(PECVD)的方式，在其正反面上分別生長一層厚度約為1微米且致密度越高越好的Si02刻蝕阻擋層(如圖3所示)，主要用于在后續(xù)刻蝕工序中保護(hù)SOI襯底不被意外破壞。緊接著，便是對SOI襯底背面的底層Si通過光刻結(jié)合干法刻蝕，去除窗口區(qū)域內(nèi)的SiC^刻蝕阻擋層，形成背面的刻蝕窗口(如圖4所示)。該刻蝕窗口的大小取決于在頂層Si上所需加工圖形的面積， 一般在數(shù)百平方微米范圍內(nèi)。 刻蝕窗口的形成后，以&02刻蝕阻擋層作為掩膜，對該SOI襯底通過深硅ICP方式刻蝕背孔，直至SOI襯底的埋層SiOX如圖5所示)。此時，利用SiC^與Si之間很高的刻蝕選擇比，將該埋層&02作為刻蝕的自停止層，獲得較大的工藝容差，形成基于埋層Si02的背面深孔與正面薄膜結(jié)構(gòu)。 繼而，通過濕法腐蝕方式去除SOI襯底正反表面剩余的Si02刻蝕阻擋層(如圖6所示)，并在其正面涂覆高分辨率的電子束抗蝕劑(如圖7所示)。其中該濕法腐蝕方式為常規(guī)技術(shù)，只要各種使SiC^刻蝕阻擋層從SOI襯底上脫離的試液均可利用；另外，該電子束抗蝕劑可以包括PMMA、 HSQ、 ZEP520或其他類似材料的其中之一。
完成上述預(yù)先制備工序后，便可對該SOI襯底上的薄膜金屬進(jìn)行電子束直寫曝光、顯影、定影。如圖7所示，對圖形生成區(qū)域，即與背面深孔對應(yīng)的正面薄膜金屬進(jìn)行電子束直寫曝光。曝光完成后，再對抗蝕劑進(jìn)行常規(guī)的顯影、定影處理，便可以得到所需的極限納米級圖形(如圖8所示)。
實施例二 如圖9至圖16并結(jié)合圖19所示，是本發(fā)明改善方法另一實施方式在SOI襯底上薄膜金屬材料加工納米圖形的電子束曝光各步驟工藝結(jié)構(gòu)示意圖和制程流程圖。由這些附圖可見該電子束曝光技術(shù)所應(yīng)用的襯底結(jié)構(gòu)仍為絕緣體上的硅(SOI)，其截面為層疊
狀結(jié)構(gòu)，包括正面的頂層Si、中間的埋層SiC^和背面的底層Si，其中頂層Si與埋層SiC^的總厚度小于2微米。而通過CMP方式，削減、拋光后的SOI襯底背面底層Si的厚度取值可介于100 150微米之間(如圖1所示)，其厚度的實際取值取決于該電子束曝光方法所采用的刻蝕阻擋層的取材種類及刻蝕方式。 完成背面削減、拋光處理后的SOI襯底，先通過ICP刻蝕去除其頂層Si(如圖9所示)，并在埋層SiO2上濺射生成100nm的Au薄膜(如圖10所示)，再通過常規(guī)的熱氧化或者等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相外延生長(PECVD)的方式，在其正反面上分別生長一層厚度約為1微米且致密度越高越好的&02刻蝕阻擋層(如圖ll所示)，主要用于在后續(xù)刻蝕工序中保護(hù)SOI襯底不被意外破壞。緊接著，便是對SOI襯底背面的底層Si通過光刻結(jié)合干法刻蝕，去除窗口區(qū)域內(nèi)的&02刻蝕阻擋層，形成背面的刻蝕窗口(如圖12所示)。該刻蝕窗口的大小取決于在頂層Si上所需加工圖形的面積， 一般在數(shù)百平方微米范圍內(nèi)。
刻蝕窗口的形成后，以&02刻蝕阻擋層作為掩膜，對該SOI襯底通過深硅ICP方式刻蝕背孔，直至SOI襯底的埋層SiOX如圖13所示)。此時，利用SiC^與Si之間很高的刻蝕選擇比，將該埋層&02作為刻蝕的自停止層，獲得較大的工藝容差，形成基于埋層Si02的背面深孔與正面薄膜結(jié)構(gòu)。 繼而，通過濕法腐蝕方式去除SOI襯底正反表面剩余的Si02刻蝕阻擋層(如圖14所示)，并在其正面涂覆高分辨率的電子束抗蝕劑(如圖15所示)。其中該濕法腐蝕方式為常規(guī)技術(shù)，只要各種使Si02刻蝕阻擋層從SOI襯底上脫離的試液均可利用；另外，該電子束抗蝕劑可以包括PMMA、 HSQ、 ZEP520或其他類似材料的其中之一。
完成上述預(yù)先制備工序后，便可對該SOI襯底上的薄膜金屬進(jìn)行電子束直寫曝光、顯影、定影。如圖15所示，對圖形生成區(qū)域，即與背面深孔對應(yīng)的正面薄膜金屬進(jìn)行電子束直寫曝光。曝光完成后，再對抗蝕劑進(jìn)行常規(guī)的顯影、定影處理，便可以得到所需的極限納米級圖形(如圖16所示)。 如圖18所示，是采用蒙特卡洛模擬50KV電子入射1微米Si02薄膜上lOOnmAu薄膜的散射示意圖。較之于背景技術(shù)中以&02為襯底的情況(如圖17所示)，其電子束直寫曝光的背散射強(qiáng)度已明顯降低。 除上述兩個具體實施例各步驟所采取的制程手段外，本發(fā)明改善方法還可以通過其它不同的制程方式或手段來達(dá)到同樣的目的。舉例來說對SOI襯底背面的底層Si進(jìn)行削減、拋光的方式除了上述的化學(xué)機(jī)械研磨方式外，還可以是純物理打磨的方式；對于刻蝕阻擋層的選用，除上述的&02外，也可以是光刻膠；對于不同類型的刻蝕阻擋層，其刻蝕窗口的形成及刻蝕阻擋層的去除方式也分別具有針對的多樣性，除上述對
Si02的光刻結(jié)合干法刻蝕外，還可以結(jié)合濕法刻蝕等。 綜上所述，對本發(fā)明對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法的示例性詳細(xì)介紹。旨在加深對本發(fā)明實質(zhì)及有益效果的理解。并非以此限制其多樣性的實施方式及申請保護(hù)范圍，因此但凡對于上述實施例進(jìn)行的簡單修改及等效替換，能夠?qū)崿F(xiàn)與本發(fā)明相同的創(chuàng)作目的的技術(shù)方案，均應(yīng)歸入本專利請求保護(hù)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其中所述薄膜金屬材料生長在絕緣體上的硅襯底上，其中絕緣體上的硅襯底包括層疊狀正面的頂層Si、中間的埋層SiO2和背面的底層Si，其特征在于包括步驟I、對所述底層Si進(jìn)行厚度削減及拋光；II、在所述頂層Si上生長薄膜金屬；III、在所述薄膜金屬及底層Si表面覆蓋刻蝕阻擋層；IV、對所述底層Si光刻或結(jié)合刻蝕，形成刻蝕窗口；V、對所述底層Si刻蝕至埋層SiO2，形成基于埋層SiO2的背面深孔與正面薄膜的自支撐結(jié)構(gòu)；VI、去除所述薄膜金屬及底層Si的刻蝕阻擋層；VII、在所述薄膜金屬涂覆電子束抗蝕劑；并對其進(jìn)行電子束直寫曝光、顯影、定影，得到所需的極限納米級圖形。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法其特征在于所述步驟II之前，還包括一將頂層Si刻蝕至埋層Si02，去除頂層Si的可選步驟。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其特征 在于步驟I中所述底層Si的厚度削減及拋光是利用化學(xué)機(jī)械研磨或純物理打磨之一的方式進(jìn)行加工的。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其特征在于步驟I中對所述底層Si削減的厚度由刻蝕阻擋層的取材種類及刻蝕方式?jīng)Q定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其特征在于步驟III中所述覆蓋刻蝕阻擋層是指利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相外延生長或熱氧化&02層，或直接涂覆光刻膠。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其特征 在于步驟IV中所述底層Si形成刻蝕窗口的大小與在薄膜金屬上加工的圖形面積相對應(yīng)，其形成方式為通過光刻直接去除窗口區(qū)域內(nèi)光刻膠類型的刻蝕阻擋層，或結(jié)合干法刻蝕、濕法刻蝕去除窗口區(qū)域內(nèi)SiC^類型的刻蝕阻擋層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其特征 在于步驟V中采用深硅ICP刻蝕或濕法腐蝕的方式，結(jié)合埋層&02的刻蝕自停止性， 形成基于埋層Si02背面深孔與正面薄膜的自支撐結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，其特征 在于步驟I中所述絕緣體上的硅襯底，其頂層Si與埋層SiC^的總厚度小于5微米。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種對薄膜金屬材料上電子束曝光臨近效應(yīng)的改善方法，先對SOI襯底的底層Si進(jìn)行厚度削減及拋光；再在其頂層Si生長薄膜金屬；并對其正反面覆蓋刻蝕阻擋層；對底層Si進(jìn)行光刻或結(jié)合刻蝕，形成刻蝕窗口，并深度刻蝕至埋層SiO2，形成基于埋層SiO2的背面深孔與正面薄膜結(jié)構(gòu)；去除SOI襯底上剩余的刻蝕阻擋層后在薄膜金屬表面涂覆電子束抗蝕劑，并進(jìn)行電子束直寫曝光、顯影、定影，得到所需的極限納米級圖形。籍由以SOI作為薄膜金屬的襯底材料，并對SOI面向所需圖形生成區(qū)域的背面進(jìn)行深度刻蝕的工藝，極大地降低了電子束臨近效應(yīng)的不利影響，為在金屬薄膜材料上生成極限納米級圖形提供了一種實施簡便、圖形精度高且成本低廉的電子束曝光改善方法。
文檔編號B82B3/00GK101691205SQ200910032300
公開日2010年4月7日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者張寶順, 時文華, 曾春紅, 王逸群 申請人:蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所